用于优化机动车中的低温压力罐在重新填充时可达到的填充度的方法、用于优化机动车中的低温压力罐在重新填充时可达到的填充度的填充度优化装置以及具有这种填充度优化装置的压力罐与流程

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于优化机动车中的低温压力罐在重新填充时可达到的填充度的方法、一种根据权利要求9所述的用于优化机动车中的低温压力罐在重新填充时可达到的填充度的填充度优化装置以及一种根据权利要求10所述的具有这种填充度优化装置的压力罐。

背景技术：

低温压力容器系统由现有技术公开。它们包括低温压力容器。这种压力容器具有内部容器和在形成超级绝缘(如真空)(中间)空间的情况下包围该内部容器的外部容器。低温压力容器或压力罐例如用于机动车，在环境条件下为气态的燃料低温地并且因此在液态或超临界的聚集态中基本上以比环境条件高得多的密度存储于其中。因此设有高效绝缘护套(如真空护套)。例如ep1546601b1公开了一种这样的压力容器。

压力容器或压力罐中的最大可能气体密度取决于压力罐中的气体温度和压力。通常在经过一定次数的重新填充/加气后达到最大密度，这是因为压力罐中已达最低温度。为了从压力罐取出气体，通过取出气体而变冷的压力罐中的气体在低于预定最小压力时被间隔性地加热，以便达到或保持预定压力。

在目前已知的关于用于加热压力罐中的气体的加热装置的切换方法中——该切换是指加热装置从罐热交换器正常运行切换到罐热交换器连续运行(twt连续运行)，在罐热交换器正常运行中(间歇性地)稍微加热压力罐中的气体，以便(再次)产生预定压力，而在罐热交换器连续运行中持续加热压力罐中的气体，以便提高剩余续驶里程——不利的是，由于在低于压力罐中的预定气体密度时接通twt连续运行而使得在下一次重新填充压力罐时压力罐中的气体和压力罐具有相当高的温度并且因此压力罐只能接收少量气体或者说仅能储存少量气体。这导致在通过twt连续运行进行相应加热后在对罐进行最大程度重新填充时可达的(最大可能)填充度降低并且因此机动车的最大可能续驶里程减小，这是因为压力罐和在重新填充之前处于压力罐中的(剩余)气体基于在twt连续运行中的加热而具有相对高的温度。在进行最大程度重新填充时，基于气体或罐受到的加热，压力罐的可达填充度或压力罐中的气体密度降低。

技术实现要素：

本发明的任务在于，减少或消除已知解决方案的缺点。其它任务由本发明的有利效果给出。

所述任务通过权利要求1的技术方案、权利要求9的技术方案和权利要求10的技术方案解决。从属权利要求构成优选方案。

因此，所述任务通过用于优化机动车中的低温压力罐——尤其是机动车中的低温压力罐——在重新填充时可达到的填充度的方法来解决，其中，用于加热压力罐中的气体的加热装置具有至少两种模式、即正常运行模式和连续运行模式，在正常运行模式下，加热装置这样加热压力罐中的气体，使得达到压力罐中的气体预定压力，而在连续运行模式下，加热装置这样持续加热压力罐中的气体，使得压力罐中的气体压力提高超过预定压力，该方法包括下述步骤：检测压力罐中的气体密度；将检测到的压力罐中的气体密度与预定密度值进行比较；并且如果在比较时确定检测到的密度低于预定密度值，则根据机动车的至少一个路线信息——尤其是根据机动车前往目的地的特定路径和位于前往目的地特定路径上的用于以气体重新填充压力罐的加燃料站——使加热装置在正常运行模式下运行或使加热装置从正常运行模式切换到连续运行模式。

在此优点在于，加热装置(附加地)根据路线信息切换到连续运行模式，而非仅根据压力罐中的气体密度切换到连续运行模式。由此，与传统方法相比，即使低于预定密度，也可延迟接通或甚至不接通连续运行模式。通过使加热装置(较久地)运行在或保持在正常运行模式下，压力罐中的气体较长时间地保持低温。因此，在进行最大可能的重新填充时或之后优化或增加了可达到的压力罐的气体填充度、即保存或储存在压力罐中的气体量。由此，在进行重新填充后，可增加机动车的续驶里程。根据路线信息决定是否需要将加热装置切换到连续运行模式，以便提高借助压力罐中的现有气体可实现的(剩余)续驶里程。根据前往目的地的路径上的加燃料站、尤其是加气站、即沿前往目的地的路径的加燃料站和/或通过从前往目的地的路径绕一小段路可驶达的加燃料站的可到达性，与传统方法相比更晚接通或甚至不接通连续运行模式(加热装置于是继续在正常运行模式下运行)。由此，压力罐中的气体保持较冷或者说具有较低温度。因此，在重新填充压力罐(加气)时，可实现压力罐中的较高气体密度或较高填充度。因此，在进行(最大程度)重新填充后——这由压力罐中的最大可能压力(在安全阀打开之前)决定——较多气体被储存于压力罐中。

根据另一种实施方式，使加热装置在正常运行模式下运行还是使加热装置从正常运行模式切换到连续运行模式的决定附加地取决于所选的加燃料管理模式，所述加燃料管理模式能从多个不同的加燃料管理模式中选出，所述不同的加燃料管理模式不同地权衡多个目标，例如机动车前往目的地的短的旅行时间、直至到达目的地所需的用于重新填充压力罐的少的加气次数、在最大可能重新填充压力罐后借助压力罐中的气体可实现的机动车最高续驶里程。通过不同的加燃料管理模式，机动车的驾驶员或用户可在对用气体重新填充罐进行优化时相对于其它目标优先考虑对其最重要的目标。各目标、例如机动车前往目的地的短的旅行时间、直至到达目的地所需的用于重新填充压力罐的少的加气次数、在重新填充压力罐后借助压力罐中的气体可实现的机动车最高续驶里程不能全部同时被满足。根据所选加燃料管理模式，使这些目标之一优先于其它目标并且加热装置相应在特定时刻根据优先目标从正常运行模式切换到连续运行模式。

在另一种实施方式中，还根据当前气体消耗、检测到的压力罐中的气体密度、机动车的路线信息和/或所选加燃料管理模式从可借助压力罐中的现有气体驶达的加燃料站中选择一个加燃料站用于重新填充压力罐并且向驾驶员通知所选或推荐的加燃料站。这样做的好处是，向驾驶员或用户通知或传达关于加燃料站的建议，在该建议时，在该加燃料站进行最大程度重新填充后优化或者说增加压力罐的气体填充度(必要时根据所选加燃料管理模式)。驾驶员或用户可以决定是否遵循这个建议。

所述方法还可包括下述步骤：借助导航系统显示前往所选加燃料站的路线。在此有利的是，可在技术上简单地为驾驶员显示前往所选或推荐加燃料站的路径或路线信息。由此，驾驶员可迅速明白其所需要做的事情，以便驶达推荐/所选加燃料站并且因此在用气体重新填充压力罐后实现压力罐的高填充度。

在另一种实施方式中，根据压力罐中的气体温度并且根据压力罐中的气体密度计算用气体对罐重新填充的最大可能重新填充度和/或在用气体完全重新填充罐后机动车的最大可能行驶距离，并且附加地根据该计算的结果决定：是使加热装置在正常运行模式下运行还是使加热装置从正常运行模式切换到连续运行模式。决定什么时候、即在哪个加燃料站用气体重新填充压力罐对于在进行最大程度重新填充后(直至压力罐中最大可达的气体密度)压力罐中能储存多少气体(这取决于在重新填充之前压力罐中的气体温度和压力罐中的气体压力)以及在加气后借助压力罐中的气体最大可行驶多少里程是至关重要的。通过计算和考虑这些信息，在决定是加热装置在正常运行模式下运行还是加热装置从正常运行模式切换到连续运行模式时可进一步优化压力罐的重新填充或者说提高压力罐的可达填充度。例如对于一些驾驶员而言重要的是，机动车在下一次重新填充后能够借助于是存在的气体行驶机动车的特定最小行驶距离(最小续驶里程)。通过计算所述值并考虑这些值，进一步改善了重新填充或者可达填充度和/或在用气体重新填充压力罐后的续驶里程。

在所述方法中，当在比较时确定检测到的密度低于预定密度值时，如果肯定地确定在不将加热装置切换到连续运行模式的情况下可借助压力罐中的现有气体在前往目的地的特定路径上驶达加燃料站，则加热装置可在正常运行模式下运行。在此有利的是，(首先)不接通连续运行模式并且因此不(显著)加热压力罐中的气体。因此可在下一次(最大程度)重新填充后增加压力罐中存在的气体量。由此在下一次重新填充后提高最大续驶里程。

在该方法中，如果识别到机动车未驶向所选加燃料站，则可重新决定：是加热装置在正常运行模式下运行还是加热装置从正常运行模式切换到连续运行模式。由此确保机动车即使未驶向所选加燃料站也不会因缺乏燃料而无法继续行驶。

在该方法中，如果识别到机动车未驶向所选加燃料站，则可重新根据当前气体消耗、检测到的压力罐中的气体密度、机动车的路线信息和/或加燃料管理模式从可借助压力罐中的现有气体驶达的加燃料站中选择一个加燃料站用于重新填充压力罐并且向驾驶员通知所选加燃料站。在此优点在于，在识别到未驶向所选加燃料站时，立即选择一个新的加燃料站并将其告知驾驶员。由此可对于未驶向所选加燃料站作出灵活且快速的响应并且在给定条件下优化压力罐的填充度。

所述任务还通过一种用于优化机动车中的低温压力罐——尤其是机动车中的低温压力罐——在重新填充时可达到的填充度的填充度优化装置来解决，其中，用于加热压力罐中的气体的加热装置具有至少两种模式、即正常运行模式和连续运行模式，在正常运行模式下，加热装置这样加热压力罐中的气体，使得达到预定压力，而在连续运行模式下，加热装置这样持续加热压力罐中的气体，使得压力罐中的气体压力提高超过预定压力，其中，所述填充度优化装置构造为，使得当检测到的压力罐中的气体密度低于预定密度值时，所述填充度优化装置根据机动车的路线信息将加热装置从正常运行模式切换到连续运行模式。

在此优点在于，填充度优化装置根据路线信息将加热装置切换到连续运行模式，而非仅根据压力罐中的气体密度切换到连续运行模式。由此与传统装置相比，即使低于预定密度也可延迟接通或甚至不接通连续运行模式。通过使加热装置(较久地)运行在或保持在正常运行模式下，压力罐中的气体较长时间地保持低温。因此，在下一次(最大可能的)重新填充后(其通过压力罐中的最大可能压力限定)，压力罐中可储存或保存较多气体(可实现压力罐中的较高气体密度)。由此在进行重新填充后，续驶里程增加。根据路线信息决定是否需要将加热装置切换到连续运行模式，以便提高借助压力罐中的现有气体可实现的(剩余)续驶里程。根据前往目的地的路径上的加燃料站、尤其是加气站、即沿前往目的地路径上的加燃料站和/或通过从前往目的地的路径绕一小段路可驶达的加燃料站的可到达性，与传统装置相比较晚接通或甚至不接通连续运行模式。由此，压力罐中的气体保持较冷或者说具有较低温度。因此在重新填充压力罐(加气)时可实现压力罐中的较高气体密度。

所述任务还通过一种具有上述填充度优化装置的压力罐来解决。

通过路线信息和关于罐状态(温度、压力和/或密度)的信息可有效地控制加热装置从正常运行模式到连续运行模式的切换。在此所示方法或在此所示装置也适用于所谓的自动驾驶，在自动驾驶时，数据处理系统或计算机独立控制并执行机动车的运动。在此，相关信息(如所选待前往的加燃料站)不(仅仅)提供给驾驶员，而是机动车自动驶向所选加燃料站。在此，机动车用户还可选择多个加燃料管理模式之一。

填充度优化装置独立决定是否将加热装置切换到连续运行模式。驾驶员无需对此采取行动或干预。当在比较时确定检测到的密度低于预定密度值时，填充度优化装置能以一定时间间隔决定：是使加热装置在正常运行模式下运行，还是使加热装置从正常运行模式切换到连续运行模式，每次都重新决定。

路线信息可包括(如由导航系统)确定的前往目的地的路径和位于前往目的地路径上的加燃料站、尤其是加气站、优选氢加气站。“位于前往目的地路径上的加燃料站”也可理解为可通过从前往目的地的路径或离开目的地的路线(路线周围)绕一小段路到达的加燃料站。最大绕行可预定或可调节。用于驶达前往目的地路径上的加燃料站的最大绕行例如可约为2公里、约5公里、约10公里、约20公里。替代或附加地，可考虑计算出的用于绕行前往加燃料站的行驶时间。

也可考虑有关前往目的地路径上的加燃料站开放时间的信息，因为只能在开放时间才能在相应加燃料站重新加燃料。

替代或附加地，路线信息可包括关于(计划的)待行驶距离(用于当前旅程)的信息，即机动车应行驶多远距离到达目的地。替代或附加地，路线信息可包括关于所希望的机动车最小行驶距离(即借助压力罐中的现有气体可行驶多远)的信息。替代或附加于所述至少一个路线信息，替代或附加地可考虑所希望的借助在抵达旅程终点时压力罐中的(剩余)气体的机动车目标续驶里程。这些信息可由驾驶员或用户通过输入单元输入。或者这些信息也可通过导航系统获取或获得。也可想到，从现有历史数据(即以前的旅行、尤其是类似时间或日期)获取或获得所述信息。

加燃料站是用气体重新填充或者填充压力罐的设备。气体尤其可以是氢气或包含氢气。加燃料站尤其可以是加气站。

本发明涉及一种低温压力容器或压力罐。低温压力容器或压力罐可储存处于液态或超临界聚集态中的燃料。“超临界聚集态”是指物质这样的热力学状态，其具有比临界点更高的温度和更高的压力。“临界点”是指这样的热力学状态，在其中，物质的气体和液体密度一致、即它以单相存在。在p-t图中，蒸汽压力曲线的一个端部通过三相点来表示，而临界点则构成另一端部。在氢的情况下，临界点为33.18k和13.0bar。低温压力容器尤其适合在显著低于机动车运行温度(即机动车应在其中运行的机动车环境温度范围)的温度下储存燃料，例如比机动车运行温度(通常约为-40℃至约+85℃)低最少50开尔文、优选至少100开尔文或至少150开尔文。燃料例如可以是氢气，其在约30k至360k的温度下储存于低温压力容器中。压力容器可用于例如使用压缩(“压缩天然气”cng)或液化(lng)天然气运行的机动车中。低温压力容器尤其可包括内部容器，该内部容器设计用于直至约3表压50bar、优选直至约表压500bar并且特别优选表压700bar的储存压力。优选低温压力容器具有真空，其绝对压力范围为10^-9mbar至10^-1mbar、优选为10^-7mbar至10^-3mbar之间并且特别优选约为10^-5mbar。(稍微在)临界点以上的温度时的存储相对于临界点以下的温度的存储具有下述优势、即介质以单相存在，因此例如在液体和气体之间没有界面。

附图说明

现在参考附图阐述本发明。附图如下：

图1为压力-时间图；

图2为温度-时间图；以及

图3为填充度优化装置以及压力罐的示意图。

具体实施方式

图1示出压力-时间图，在其中，压力(以巴计)示于y轴上并且时间(以秒计)示于x轴上。在图1右侧区域中示出连续运行模式中的压力曲线20，在该压力曲线中，压力提高超过预定压力值。从时刻t0起，在图1中示出两种方案。图1右侧区域中的上线表示当在时刻t0加热装置3(因低于预定密度并且与路线信息有关)从正常运行模式切换到连续运行模式时的压力曲线20并且随后在连续运行模式下运行，下线表示当在时刻t0加热装置3保持在正常运行模式下或者说运行在正常运行模式下时的压力曲线10。时刻t0由填充度优化装置1根据路线信息(以及压力罐中的气体密度)决定。正常运行模式是在压力罐2中存在足够的气体时正常的常规模式，在此期间从压力罐2取出气体。在图1的左侧区域中压力持续下降。在该区域中，加热装置3不加热气体或压力罐2。只有当压力罐2中的气体压力下降到预定最小压力以下时，才接通加热装置3的正常运行模式(具有锯齿状曲线的区域)。在时刻t0稍前，加热装置3在正常运行模式下运行。

当加热装置3处于正常运行模式下时，压力罐2中的气体通过加热装置3间歇性地加热，以便使压力罐2中的气体达到或恢复到预定压力。加热装置3在正常运行模式下间歇性地加热、即接通并且又关闭。在各加热周期之间(以及在各加热周期期间)从压力罐2中取出气体并供应给机动车的燃料电池，以便使机动车前行。通过从压力罐2取出气体，压力罐2中的气体的压力和温度下降。因此，加热装置3必须反复(稍微、即几个开尔文、如约1k至约10k)加热压力罐2中的气体，以便再次达到压力罐2中的预定压力或使其保持恒定。基于压力罐2中的气体预定压力，可在技术上简单地从压力罐2中取出气体。

当加热装置3处于正常运行模式下时，由于压力罐2中的气体被周期性加热，因而在正常运行模式下产生锯齿形的压力曲线10形状。加热装置3是热交换器或者尤其包括热交换器。但也可想到，加热装置3包括电加热装置、激光加热装置和/或线圈加热装置。也可想到，热量并非间歇性地、而是连续地供应给压力罐2或压力罐2中的气体。另外，当加热装置3关闭后，加热装置仍可(通过余热)加热压力罐2或压力罐2中的气体。

在图2的左侧区域中，由于从压力罐2中取出气体，因此温度持续下降。在该区域中，加热装置3不加热气体或压力罐2。只有当压力罐2中的气体压力下降到预定的最小压力以下时，才接通加热装置3的正常运行模式(具有锯齿形曲线的区域)。

当压力罐2中的气体密度低于预定值时，根据线路信息使加热装置3从正常运行模式切换到连续运行模式(并且随后在连续运行模式下运行直至下一次用气体重新填充压力罐2或关闭机动车)。

图2示出温度-时间图，在其中，温度(以开尔文计)示于y轴上，时间(以秒计)示于x轴上。加热装置3在正常运行模式30下的温度曲线(具有锯齿形温度曲线的区域)平均是上升的，因为不能完全避免压力罐2中的气体或压力罐2与环境发生热交换。温度的锯齿形状也可具有更平坦的走向。此外，在连续供热时不出现锯齿形曲线。

从时刻t0起，在图2中示出两种方案。上线表示当在时刻t0(因低于预定密度并且与路线信息有关)加热装置3从正常运行模式切换到连续运行模式时的温度曲线40，下线表示当在时刻t0加热装置3保持在正常运行模式下或者说运行在正常运行模式下时的温度曲线30。在图2的右侧区域中，通过上线表示连续运行模式40中的温度曲线，在该温度曲线中，温度持续且大幅地升高。

图1和2示出相同的时间过程，即它们分别表示在相同时刻下的压力和温度。因此，图1中的时刻t0相应于图2中的时刻t0。

图3示出与压力罐2连接的填充度优化装置1。加热装置3设置用于加热压力罐2中的气体或用于加热压力罐2。加热装置3设置在外侧或压力罐2上。作为替代方案，加热装置可(部分或完全)设置在压力罐2内。填充度优化装置1通过压力传感器6检测压力罐2中的气体压力。通过密度传感器7检测压力罐2中的气体密度。填充度优化装置1通过温度传感器5检测压力罐2中的气体温度。从压力罐2经由取出管路8取出气体并供应给燃料电池。流量计9测量流过取出管路8的气体量。该测量值也由填充度优化装置1检测。也可想到，通过压力罐2中气体的温度曲线和压力曲线来计算流过取出管路8的气体量。填充度优化装置1与导航系统4连接，从导航系统4获得路线信息。导航系统4可以是常见的导航系统。导航系统4决定或计算(在指定目的地之后)前往目的地的路径或者说前往目的地的路线。填充度优化装置1尤其可以是控制器。该控制器也可执行其它任务。还可想到，导航系统4集成在填充度优化装置1中。

填充度优化装置1与压力罐2设置在机动车，如轿车、卡车或摩托车中。

在连续运行模式下，温度曲线40(图2右侧区域中的上线)持续上升，这是因为加热装置3持续加热压力罐2中的气体。加热在几十开尔文的范围内进行。因此压力升高超过预定压力值。一段时间后，压力罐2中的气体量倾向于耗尽，从而尽管通过加热装置3在连续运行模式下继续加热，但压力罐2中的压力仍再次下降。

在不考虑路线信息的情况下，由于检测到的密度低于预定密度值，因此加热装置3会在时刻t0之前就已从正常运行模式切换到连续运行模式。通过考虑路线信息，加热装置在晚些时候切换到连续运行模式，从而压力罐2中的气体或压力罐2本身在下一次重新填充时会较冷，以致于压力罐中的气体量或气体密度在进行(最大程度)重新填充后增加。

在低于预定或者说预先确定的密度值时，检测气体的当前消耗以及压力罐2中的剩余气体量。随后(必要时在考虑当前消耗的情况下)确定可借助压力罐2中的现有气体量实现的机动车剩余续驶里程并且不将加热装置3从正常运行模式切换到连续运行模式。另外确定前往目的地的路径或沿前往目的地的路径所存在的(开放的)加燃料站、尤其是加气站。在此考虑所选择的加燃料管理模式，即，是在前往目的地的路径上的加燃料停靠次数尽可能少具有较高优先级、是前往目的地的最短旅行时间具有较高优先级，还是在进行重新填充后的尽可能高的续驶里程具有较高优先级。如果罐内的气体量在不将加热装置3从正常运行模式切换到连续运行模式的情况下就足以驶达(在机动车前往目的地的路径上的)加燃料站、尤其是加气站，则加热装置3(首先)不切换到连续运行模式或者说不在连续运行模式下运行，而是(继续)在正常运行模式下运行。现在在此基础上选择可到达的加燃料站、尤其是加气站之一并且向驾驶员通知决定或建议。此外，可在导航系统4上为驾驶员显示到达所选加燃料站的路线。

如果驾驶员未驶向所选加气站或通过输入单元通知不希望驶向所选加气站，则根据现有关于压力罐2中的气体以及路线信息的现有数据并且根据所选加燃料管理模式选择(另一)新的加气站并且向驾驶员通知新选择或推荐的加气站。另外确定加热装置3是否必须从正常运行模式切换到连续运行模式，以便到达(另一)加气站。

如果确定在不将加热装置3切换到连续运行模式的情况下借助压力罐2中的现有气体不能(再)到达前往目的地路线上的加气站，则将加热装置3切换到连续运行模式并且在连续运行模式下运行，以避免机动车因缺乏燃料而无法继续行驶。

压力罐2中的气体密度值能以不同方式被检测：在考虑压力罐2体积的情况下通过测量压力罐2中的气体重量可确定压力罐2中的气体密度。作为替代方案，可通过用于测量从压力罐2中流出或从压力罐2中取出并供应给燃料电池的气体量的流量计9在已知压力罐2中气体的初始密度和已知压力罐2体积的情况下确定压力罐2中的气体密度。也可想到其它用于检测压力罐2中的气体密度的方法，例如通过气体密度计或密度传感器7。

本发明的上述描述仅用于说明目的并且不用于限制本发明。在本发明的范围内可在不背离本发明范围及其技术等价物的情况下实现各种改进和改型。

附图标记列表

1填充度优化装置

2压力罐

3加热装置

4导航系统

5温度传感器

6压力传感器

7密度传感器

8取出管路

9流量计

10正常运行模式下的压力曲线

20连续运行模式下的压力曲线

30正常运行模式下的温度曲线

40连续运行模式下的温度曲线